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可吸收材料在骨折治疗中的研究进展
骨折愈合的机制十分复杂,具体机制远未弄清。自1892年wollf定理提出以来,人们已认识到骨组织的生长发育过程中,生物力学作用是影响其形状、内部结构、分布和微结构的完整性变化等关键的因素。虽然其具体机制远未弄清,目前普遍认为骨的这种功能适应性机制可以扩展到骨折愈合过程中,进而认为骨折愈合过程中力学调控是关键的影响因素。坚硬金属接骨板内固定后的应力遮挡效应被逐步认识,骨科临床中常用的植人材料多由钛、钢及其与镍、铬等金属的合金制成,坚硬的生物惰性金属材料由于弹性模量远高于骨,可能不是制造接骨板的佳材料。内固定材料弹性模量太大,会产生应力遮挡。大量证据表明,坚强加压内固定时骨折发生愈合的同时,可诱发局部骨质疏松,因而在固定骨板取出之后,容易出现再骨折,同时使应力不能正常的沿骨干传递,会破坏骨折愈合及再塑性。虽然存在其他类型的金属内固定物,比如钽金属材料具有良好的物理学及生物学性能,并且在骨科临床实验中取得了短期疗效,但缺乏大量中远期的临床随访资料,而且钽金属价格昂贵、造模困难,未能够成为目前内固定物的主流[1]。所以这些原因就促使人们寻找更理想的内固定材料。
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动力内固定对羊脊柱后外侧融合稳定性的影响
根据"载荷分享"的原理,我们设计了一种动力椎弓根螺钉内固定器,体外生物力学实验推测能增加载荷分享,减少应力遮挡效应[1].本实验用活体山羊脊柱内固定后外侧融合模型,进一步比较动力内固定和相对坚强内固定对脊柱后外侧融合稳定性的影响,探讨动力内固定能否增加载荷分享,促进脊柱融合.
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髋关节表面置换术的现状与展望
与传统全髋关节置换术相比,髋关节表面置换术仅置换病变部分骨质,较好地保存了股骨头、颈的骨质,而且基本保持了关节原有的解剖形态,使力的分布和传导更符合正常生物力学模式,有效降低了普通全髋置换术后常见的股骨近端应力遮挡效应.因此表面置换术具有治疗理念上的先进性.但是,在相当长的时间内髋关节表面置换术的先进理念并未转化为优良的临床结果,其发展经历了曲折的过程.现对髋关节表面置换术的发展历史和现状进行回顾,并对其未来发展方向作简单展望.
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颌骨骨折坚强内固定后应力遮挡效应的研究进展
坚强内固定(rigid internal fixation, RIF)是近三十年来发展起来的颌骨骨折内固定新技术.它改变了以往颌间固定和单颌固定的传统固定模式,其治疗机制较以往任何方法更符合生物力学要求,是实现骨折直接愈合的直接手段[1].但是随之而来的基础和临床研究发现,RIF中广泛使用的坚硬金属接骨板阻挡不良外力的同时也遮挡住了部分对骨折愈合部位骨质改建有利的正常应力作用.这会使接骨板下骨组织愈合的同时导致局部骨质疏松,在骨折实现一期愈合并取出接骨板后易发生再骨折[2,3].这一现象部分学者认为是由于手术损伤和接骨板固定时骨外膜微血管遭到破坏后,骨内血循环障碍所致[4].
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镍钛合金天鹅记忆接骨器对成人上肢骨骨折愈合应力遮挡效应的评价
背景:国内外诸多学者致力于研究如何通过内固定材料及设计的改变尽量减少应力遮挡效应,取得了一定的进展.目的:进一步验证镍钛合金天鹅型记忆接骨器固定下的快速高质量的骨愈合,从临床研究角度评价天鹅记忆接骨器的应力遮挡效应.设计、时间及地点:对比观察实验.于2001-03/2003-08在解放军第二军医大学长海医院骨科进行.对象:随机从临床病例中选取采用镍钛形状记忆天鹅接骨器内固定和不锈钢板内固定后骨折完全愈合的上肢骨干骨折患者.天鹅记忆接骨器组20例,男14例,女6例:年龄14~34岁;手术至取出内固定时间(11.2±3.7)个月.不锈钢接骨板组20例,男16例,女4例;年龄16~36岁;手术至取出内固定时间(12.6±4.1)个月.方法:征得患者同意后,在忠者行内固定取出时,天鹅记忆接骨器组在鹅体部下和加压枝下取极少量皮质骨;不锈钢板组在钢板下、钢板对侧取极少量皮质骨.进行皮质骨的组织学观察、X射线观察和CT扫描定量.主要观察指标:①光镜下进行骨细胞形念、哈弗氏管等组织学观察.②X射线摄片观察骨折愈合情况.③CT测量骨皮质CT值.结果:①组织学观察:天鹅记忆接骨器组鹅体部下和加压枝下骨皮质中,板层骨结构规整,无明显骨质疏松和吸收:不锈钢接骨板组钢板下骨质疏松、骨质吸收明显,可见含有大小不一吸收腔,哈佛氏管扩大,骨细胞萎缩、骨陷窝增大,而钢板对侧骨质吸收现象轻于板下.②X射线摄片观察:天鹅记忆接骨器组无外骨痂,骨皮质厚度、密度与正常骨质相似;不锈钢接骨板组板下皮质骨吸收变薄,钢板对侧骨皮质厚度与密度多大于板下.③CT扫描定量:组内不同部位比较,天鹅记忆接骨器组中,鹅体部下和加压枝下CT值差异无显著性意义(P>0.05):不锈钢接骨极组中,钢板下CT值低于钢板对侧.CT值(P<0.01):组间比较,不锈钢接骨板组中两部位CT值均低于天鹅记忆接骨器组中两部位CT值(P<0.05,P<0.01).结论:与不锈钢接骨板相比,天鹅记忆接骨器对固定骨段具有较低的应力遮挡效应.
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消除人工髋关节应力遮挡等问题的理论分析与研究
背景:为减小应力遮挡采用了很多的方案,经过几十年的试验与应用,至今未能取得重大的进展。起源于股骨和金属柄结合为固定柄的根源,引发了骨质吸收等严重问题,这种应力遮挡效应产生于骨的异常应力和异常应变的作用,且受诸多因素的制约,找不到有效而适用的方法解决。
目的:为使金属柄不传导应力是消除应力遮挡的关键,选择初级多孔层方案作为研究的对象,彻底改造它的外貌和内在的质量,采取有效的措施制造高级多孔层,是消除应力遮挡的基础,能解决初级多孔层引发的隐患和部分劣势。
方法:采用相等直径的钴铬钼合金小球为制造高级多孔层结构件的方案,其结构件作用在股骨上使柄与骨分离,作用在领平面上由股骨距截骨面固定柄,这些结构件有能力消除人工髋关节上全部的应力遮挡。
结果与结论:高级多孔层是用相等直径(1.00-1.29 mm)的钴铬钼合金小球,在其表面镀以高性能的中间层合金,作有序紧密排列,经由活性扩散焊工艺连接而成。全部孔隙的孔径均为155-200μm,且均匀分布,供骨单元长入。实施金属材料合金化、合金表面陶瓷化,并控制磨损颗粒的大小和数量等办法能解决多孔层周围的骨溶解、金属溶解及其纯金属钴、铬微粒的毒性、癌变和白血病等问题。理论根据的规定是先除去柄刚度的作用,让骨柄分离成为消除应力遮挡的前提,让股骨距截骨面长入领平面上焊接的结构件孔隙中,能固定柄是消除应力遮挡的根本,这两者共同的作用可以达到消除股骨中应力遮挡的目的,而髋臼窝上的应力遮挡较容易消除。 -
新型无柄股骨假体应力分布的有限元分析
目的通过对比传统有柄股骨假体的应力分布来研究新型无柄股骨假体的生物力学性能.方法利用真实人体股骨上端的CT扫描图像,建立完整股骨、两个或三个固定螺钉的无柄假体、传统有柄假体的三维有限元模型.模拟人单腿直立的载荷情况,分析和比较每种模型的Von Mises应力分布.结果(1)无柄假体股骨上的Von Mises应力比传统有柄假体和完整股骨上的都要高;(2)与传统有柄假体相比,防止了应力遮挡效应的产生.(3)两个或三个固定螺钉的无柄假体在股骨的Von Mises应力分布上没有明显差别.结论新型无柄假体可以防止应力遮挡效应,和传统有柄假体相比能够使股骨上的应力分布更加符合实际的生理情况.
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骨折内固定与应力遮挡效应
骨折愈合是一个极其复杂的生物学过程,影响骨折愈合的因素很多,其中良好的局部力学环境是骨折愈合的必要条件之一.在对骨折进行内固定治疗时,除应尽可能减少接骨板对骨折局部血供的损害以外,还应保证骨折段稳定的同时,使骨折端承受一定的应力刺激,以促进骨折愈合.
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股骨髁部不稳定骨折四种内固定方法的生物力学
目的:对治疗股骨髁部不稳定骨折常用的4种内固定方式进行生物力学评价,为临床治疗提供理论依据.方法:采集24根尸体股骨,模拟股骨髁T形骨折,分组用股骨逆行交锁髓内钉、股骨髁解剖钢板(远端为3孔)、动力髁螺钉和95°角钢板固定,进行轴向压缩试验和轴向扭转试验,测量标本的应变、纵向压缩位移、水平分离位移和扭转角度.结果:发现在同等载荷条件下,中心型逆行交锁髓内钉的强度和刚度优于侧方钢板螺钉系统(P<0.01);动力髁螺钉和逆行交锁髓内钉的抗扭强度和刚度优于95°角钢板和股骨髁解剖钢板(P<0.01).从应力遮挡实验来看,逆行交锁髓内钉和动力髁螺钉的应力遮挡率大.结论:采用逆行交锁髓内钉和动力髁螺钉固定股骨髁T形骨折,具有良好的生物力学性能,但应注意它的应力遮挡效应,骨折愈合后及时取出内固定.
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脊柱内固定区域骨结构及力学特性的研究进展
采用脊柱内固定的主要目的是获得早期复位,增加脊柱稳定性并提高植骨融合率[1,2].目前对脊柱内固定的研究主要关注于对脊柱稳定性的影响,而忽视了内固定后固定区域的远期效果[3,4].由于脊柱是椎体、椎间盘及韧带组成的复合体,其各种结构对应力遮挡的反应与长干骨不一致[5,6].近来部分学者对脊柱固定区域的应力遮挡效应进行了初步研究[2,7,8].
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全膝置换术后股骨骨密度变化
作者应用双能X线吸收法检测24例全膝置换术患者的股骨侧骨密度,与24例正常骨密度者比较,发现在全膝置换术组中性别、术前诊断、解剖区域均影响骨密度。密度低区域在股骨髁前方。在股骨后髁,男性、骨关节炎患者骨密度更高,股骨前髁骨密度显著下降可能是应力遮挡效应所致。
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可降解镁合金作为骨科应用生物材料的研究进展
在治疗骨科伤病中帮助修复或替代骨组织方面,金属材料依然起着非常重要的作用[1].与陶瓷和多聚体材料相比,金属材料具有较高的机械强度和断裂韧性,所以更适合在负重方面的应用.现在主要在临床上使用的金属生物材料包括不锈钢、钛以及钴铬合金等.但这些金属生物材料具有其使用不足之处:即可能在腐蚀或磨损过程中释放有毒的金属离子或/和金属颗粒,产生可导致组织缺损以及降低生物相容性的炎症级联.并且,当前的金属生物材料的弹性模量与正常骨组织并不十分相称,这会导致应力遮挡效应.这样的后果是对新生骨组织产生和塑性的刺激减弱,并使内植物的稳定性下降,且必须在患者充分痊愈后行二次手术将其取出.多次手术会增加医疗过程中的费用且会造成患者死亡率的上升.
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影响THA术后股骨近端应力遮挡大小的因素
全髋关节置换术(THA)术后股骨近端的应力遮挡效应是引起假体周围骨丢失的原因之一,在骨水泥和非骨水泥假体中都存在这一现象[1,2],骨丢失可能会引起股骨假体机械性失败、假体松动、假体周围骨折、翻修手术难度增加等一系列的问题[2],因此研究如何减少应力遮挡效应有重要意义.
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脊柱外科生物可吸收内植物的研究现状和临床应用
近数十年来各类脊柱内固定系统发展迅速,在临床中应用日益增多,其主要的优点包括:提高植骨融合率、防止植骨块的移位、减少外固定的使用或缩短使用时间、改善和维持脊柱的序列.脊柱内固定在许多脊柱疾病的治疗作用已被各国脊柱外科医生所接受,但金属内植物的应用也带来了相应的一些并发症,如内植物移位、断裂、对骨融合的应力遮挡效应以及对影像检查造成伪影等.鉴于这些并发症,人们一直致力于改进内固定系统以克服其各种缺点.理想的内植物应该透X线,不干扰术后影像检查的效果;在用于轴向负重部位时,能够通过时间特异性吸收逐渐将应力转移至植骨融合部位,促进骨塑性.这导致一类"新"内植物的诞生生物可吸收内植物.作者对近年相关文献进行检索,综述如下:
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低应力遮挡效应接骨板的研究与设计
在骨折的治疗中,接骨板的应用为普遍,接骨板种类繁多,出现问题也较多,比如断钉、断钢板、骨折不愈合、骨质愈合不良等问题.为了有效降低上述问题发生,促进骨愈合我们研究设计了低应力遮挡效应接骨板.
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应力遮挡效应-寻找丢失的钥匙
应力遮挡效应问题讨论了半个多世纪,到目前为止仍然面临很大的困惑.由于骨折愈合机制尚不明确,应力遮挡的理论和实验研究受到很大的制约.
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逆行带锁髓内钉治疗肱骨骨折
大多数长骨干骨折均可用髓内钉满意固定,与钢板或外固定架相比,髓内钉具有承受弯曲负荷小,传递负荷,恢复骨骼对线,应力遮挡效应小,术后再骨折率极低等优点[1].
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自动生理加压钢板的设计及生物力学稳定性研究
目的为克服普通钢板导致的应力遮挡我们设计了一种新型自动生理加压钢板,并测定其生物力学稳定性.方法采用成年防腐股骨标本30个,模拟股骨横断骨折,配对分成对照组、试验组,分别采用普通钢板和自动生理加压钢板固定,通过生物力学实验机测定其大扭矩、大抗弯力和大抗压缩力,评价其生物力学稳定性.结果自动生理加压钢板其大扭矩、大抗弯力和大抗压缩力分别为(19.77±5.20)N·m、(3.98±1.24)kN、(12.75±2.96)kN.普通钢板组其大扭矩、大抗弯力和大抗压缩力分别为(19.72±6.12)N·m、(3.70±0.98)kN、(14.09±3.01)kN.两组数据之间无显著性差异(P>0.05,P>0.05,P>0.05).结论自动生理加压钢板与普通钢板相比生物力学稳定性相同.
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胫骨髓内针术前计划及数字影像测量应用进展
随着髓内固定技术的发展,髓内针已被广泛应用于长骨骨干骨折的临床治疗,其适应证也在逐渐拓宽,胫骨髓内针初主要应用于胫骨干中段横行、短斜形等较为稳定的骨折,有着严格的手术适应证。随着各种新型髓内针被推广应用,尤其是交锁髓内针的应用,对不稳定性胫骨干骨折术后恢复其长度纠正畸形、减弱应力遮挡效应等方面都有着其独特的优势,其适应证也从胫骨干中段骨折逐渐扩展至靠近远近干骺端的骨干骨折[1-3]。在欧美发达国家,长管状骨折髓内针治疗的采用率已达到90%以上,而我国髓内针在相关方面的应用率仅为1/4[4],骨科医师在对髓内钉的术前计划方面还存在很多不足,重视程度不够,甚至于术中才开始对胫骨髓内针的所用长度进行测量,缺乏必要的术前测量,选择理想规格的髓内针更多是依靠医师的经验,而这种经验需要时间的积累,这也影响着髓内针技术的发展与普及。
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TiNi形状记忆合金环抱接骨板研究进展
近年来随着道路交通事故、各种机械伤及坠落伤等高能量损伤发生率的不断上升,四肢长管状骨骨折逐渐增多,约占全身骨折的1/4以上[1].随着内固定技术的不断发展,临床上对不稳定或伴有血管神经损伤的四肢长管状骨骨折更多地采用内固定治疗.TiNi形状记忆合金环抱接骨板(以下简称环抱器)是一种新兴的内固定治疗器械,因其生物相容性良好,手术创伤小,内固定确切可靠且应力遮挡效应低,在治疗长管状骨骨折方面具有广阔前景,现就环抱器的研究进展综述如下.